基礎(chǔ)剛度對高層建筑抗震設(shè)計的影響分析.pdf

1、現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)抗震理論和計算方法大多采用剛性地基假定,并按嵌固端進(jìn)行設(shè)計。各國抗震設(shè)計規(guī)范亦普遍采用剛性地基假定并提出相應(yīng)的設(shè)計方法,通過引入折減系數(shù)的方法近似考慮基礎(chǔ)剛度和地基輻射阻尼的影響,趨于認(rèn)為基于嵌固端計算模型所得計算結(jié)果會對其他計算模型所得計算結(jié)果形成包絡(luò),即認(rèn)為有限基礎(chǔ)剛度對高層建筑抗震設(shè)計一定是一個有利因素。本文研究發(fā)現(xiàn),客觀存在的基礎(chǔ)剛度將顯著改變建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特點(diǎn),其局部響應(yīng)亦有可能被放大,忽略有限基礎(chǔ)剛度的影響,有

2、可能對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計造成“整體保守,局部危險”的不利影響。
　　論文主要圍繞基礎(chǔ)剛度對高層建筑側(cè)移剛度、內(nèi)力分布以及整體穩(wěn)定的影響三部分展開,并考慮了基礎(chǔ)平動剛度和轉(zhuǎn)動剛度的耦合影響。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析方法,提出了基于有限基礎(chǔ)剛度的剪切型結(jié)構(gòu)D值法修正表達(dá)式以及彎曲型結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度的計算方法,所提公式將傳統(tǒng)D值法涵蓋其中,拓展了D值法的應(yīng)用范圍,且形式簡單,方便應(yīng)用;重點(diǎn)分析了基礎(chǔ)剛度對高層建筑重力二階效應(yīng)以及整體穩(wěn)定的影響,建立

3、了以剛重比為控制指標(biāo)的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增幅表達(dá)式,并與嵌固端情況進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn),考慮有限基礎(chǔ)剛度的影響后,宜更為嚴(yán)格的控制結(jié)構(gòu)剛重比以滿足建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求。通過理論分析所建立的相關(guān)表達(dá)式具有較好的普適性,克服了土-結(jié)相互作用一體化有限元分析難以歸納得到一般化結(jié)論的弊端。
　　通過改變結(jié)構(gòu)的邊界條件可將嵌固端計算模型過渡為有限基礎(chǔ)剛度計算模型,針對具有樁基基礎(chǔ)的典型高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。分別采用設(shè)計反應(yīng)譜和動力彈性時

4、程分析方法,驗證了前述理論分析的正確性,同時獲得了基礎(chǔ)剛度對上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。有限元計算結(jié)果表明,嵌固端抗震計算模型夸大了地基和基礎(chǔ)對上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的約束能力,高估了底層框架柱的抗推剛度特征值,框架結(jié)構(gòu)在地震作用下將出現(xiàn)超過預(yù)期范圍的底層層間位移,基礎(chǔ)剛度的降低將加大下部樓層的延性要求;考慮有限基礎(chǔ)剛度影響后,總地震作用雖趨于降低,構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生重分布,底層框架柱上截面彎矩值放大明顯,相應(yīng)的柱底彎矩值則有所減小。討論了結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)